DE10148000A1

DE10148000A1 - Ölseparator

Info

Publication number: DE10148000A1
Application number: DE10148000A
Authority: DE
Inventors: William Ching-To Kwan
Original assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Current assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Priority date: 2001-09-28
Filing date: 2001-09-28
Publication date: 2003-04-10
Also published as: EP1297879A2; DE50210845D1; US20030089656A1; EP1297879B1; EP1297879A3; US6858056B2

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Ölseparator mit einem Gehäuse 1 und einem in diesem drehbar angeordneten Rotor 2, welcher eine Durchströmungskammer 3 aufweist, welche von mit Öl belasteter Luft 4 durchströmbar ist, wobei in der Durchströmungskammer 3 poröses Material angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass in der Durchströmungskammer 3 als poröses Material zumindest eine Einheit angeordnet ist, welche äußere Lagen aus einem porösen Metall 6 und eine zwischengelagerte, Fasermaterial umfassende Lage 7 umfasst.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Ölseparator mit einem Gehäuse und einem in diesem drehbar angeordneten Rotor, welcher eine Durchströmungskammer aufweist, welche von mit Öl belasteter Luft durchströmbar ist, wobei in der Durchströmungskammer poröses Material angeordnet ist.
Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf einen Ölseparator zur Verwendung in einer Fluggasturbine.

Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, die durch Fluggasturbinen geleitete Luft durch einen Ölseparator umzuleiten, um feinste Öltröpfchen, die von der Luft mitgetragen werden, zu separieren.

Der Stand der Technik zeigt unterschiedlichste Ausgestaltungen derartiger Ölseparatoren. Diese können beispielsweise in Entlüftungsdeckeln als stationäre Elemente aufgenommen sein, um durchströmende Luft von den mitgenommenen Ölpartikeln zu trennen.

Auf dem Gebiet der Fluggasturbinen sind Separatoren der eingangs beschriebenen Art mit einem Rotor bekannt. Das in der Durchströmungskammer oder in den Flügel des Rotors aufgenommene poröse Material ist dabei in Form eines metallischen, schwammartigen Elementes ausgebildet. Dieses ist beispielsweise unter der Marke Retimet auf dem Markt. Derartige Metallschwämme werden durch Aufdampfen oder Abscheiden von metallischen Werkstoffen, beispielsweise Nickel- oder Chrom- Nickel-Legierungen auf Kunststoff-Trägerkörper hergestellt. Die schwammartigen Kunststoff-Trägerkörper werden nachfolgend entfernt, sodass ein poröses, gitterartiges Element resultiert. Dieses ist mechanisch bearbeitbar, es kann in unterschiedlichste Formen gebracht werden und zeichnet sich durch gute mechanische Festigkeitswerte aus.

Bei Zentrifugal-Ölseparatoren der erfindungsgemäßen Art durchströmt die ölbelastete Luft die sich drehende Durchströmungskammer und wird hierbei Zentrifugalkräften bzw. Zentripetalkräften ausgesetzt. Durch Masseunterschiede wirken unterschiedlich große Kräfte auf die Luftpartikel sowie auf die feinen Ölpartikel. Letztere werden durch die Zentrifugalkräfte radial nach außen bewegt, sie lagern sich mit anderen Ölpartikeln zusammen, sodass sich als Resultat feine Tröpfchen bilden, die aus dem Rotor abgeleitet werden können.

Bei Fluggasturbinen erfolgt die Belastung der durchströmenden Luft durch Öl insbesondere an Lagerbereichen, bei welchen die Strömung Lageröl absaugt. Die Separation des Öls ist nicht nur aus Umweltschutz-Gründen wünschenswert, sondern auch um das separierte Öl dem Schmierkreislauf wieder zuführen zu können.

Als nachteilig hat es sich erwiesen, dass die bekannten Öl- separatoren sehr kleine Ölpartikel nicht aus der Luft entfernen können. Die ausstrebende Luft ist somit weiterhin mit einem Öldunst oder Ölnebel belastet, der als am Triebwerk austretender, sichtbarer Ölnebel von Passagieren und Flughafenpersonal wahrgenommen werden und zu Irritationen führen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Ölseparator der eingangs genannten Art zu schaffen, welcher bei einfachem Aufbau und einfacher, betriebssicherer Anwendbarkeit auch feinste Ölpartikel aus der durchströmenden Luft separiert.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des Hauptanspruchs gelöst, die Unteransprüche zeigen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.

Erfindungsgemäß ist somit vorgesehen, dass in der Durchströmungskammer als poröses Material zumindest eine Einheit angeordnet ist, welche äußere Lagen aus einem porösen Metall und eine zwischengelagerte, ein Fasermaterial, beispielsweise Glasfasern umfassende Lage umfasst.

Der erfindungsgemäße Ölseparator zeichnet sich durch eine Reihe erheblicher Vorteile aus.

Durch die Möglichkeit, Öl belastete Luft durch eine Fasermaterial umfassende Lage durchzuleiten, können auch feinste Ölpartikel entfernt werden, die in den relativ großen Poren des porösen Metalls nicht ausreichend abgetrennt werden. Die Säuberung der Luft ist somit wesentlich intensiver.

Aus Gründen der Formbeständigkeit der Fasermaterialien scheidet es aus, die Durchströmungskammer direkt und ausschließlich mit Fasermaterial oder einem Fasermaterialgeflecht oder -gewebe zu füllen. Durch die auftretenden Zentrifugalkräfte würde das Fasermaterialgeflecht sehr schnell seine Form verlieren und sich im radial äußeren Bereich der Durchströmungskammer anlagern. Eine entsprechende Reinigung der durchströmenden Luft wäre somit nicht mehr möglich.

Durch die erfindungsgemäß vorgesehene Lösung, welche darin besteht, die die Fasermaterial umfassende Lage mit einer äußeren Lage porösen Metalls zu umgeben und somit einzuschließen, ist eine hervorragende Formbeständigkeit gewährleistet. Das poröse Metall kann die auftretenden Kräfte aufnehmen, sodass die Belastung des Fasermaterials selbst sehr niedrig ist. Hierdurch ist es möglich, diese in einer formstabilen Anordnung in der Durchströmungskammer zu halten.

Erfindungsgemäß ergibt sich somit eine schichtartige, laminatartige Anordnung des porösen Materials.

In einer möglichen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die die Fasermaterial umfassende Lage an ihren axialen Seiten sowie an ihrer radial äußeren Seite von dem porösen Metall umschlossen ist.

Zur Steigerung der Formbeständigkeit der die Fasermaterial umfassenden Lage kann es vorteilhaft sein, diese in einem gitterartigen Zwischengehäuse einzuschließen. Dieses kann in Form eines Drahtnetzes oder ähnlichem ausgebildet sein.

Bei einer etwas dickeren Lage aus Fasermaterial kann es vorteilhaft sein, diese zusätzlich abzustützen. Erfindungsgemäß kann dies durch zumindest ein axiales Abstandselement erfolgen, welches ein Zusammendrücken der die Fasermaterial umfassenden Lage verhindert.

Weiterhin kann es vorteilhaft sein, zumindest ein radiales Stützelement vorzusehen, um ein Verrutschen oder Verschieben der die Fasermaterial umfassenden Lage durch Einwirken der Zentrifugalkräfte zu verhindern. Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn das Stützelement in Form eines gazeartigen Geflechts ausgebildet ist.

Bei der Durchströmung des Ölseparators durch die mit Ölpartikeln oder Öldunst belastete Luft bewirkt das Fasermaterial eine Koaleszenz der Ölpartikel und die Ausbildung einer makroskopischen flüssigen Phase. Diese wiederum kann dann bei Weiterströmung der Luft durch das poröse Metall gefangen und abgeleitet werden. Es ergibt sich somit eine besonders feine Filtration oder Separation, durch welche Öldunst oder Ölnebel mit einem hohen Wirkungsgrad abgeführt werden kann.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt:
Fig. 1 eine vereinfachte Schnittansicht eines Zentrifugal- Ölseparators,
Fig. 2 eine Teil-Schnittansicht der erfindungsgemäßen Durchströmungskammer mit dem erfindungsgemäßen porösen Material,
Fig. 3 eine vereinfachte Seiten-Schnittansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Ölseparators, und
Fig. 4 eine mittige Schnittansicht des in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiels.
Die Fig. 1 zeigt in stark vereinfachter Darstellung ein Gehäuse 1, in welchem ein Rotor 2 drehbar gelagert ist. Die Drehung erfolgt um eine Drehachse 11.
Ölbelastete Luft 4 wird durch einen Einlass 12 zugeführt. Der Rotor 2 weist eine ringförmige Durchströmungskammer 3 auf, in welcher poröses Material 5 angeordnet ist. Das poröse Material 5 wird nachfolgend in Zusammenhang mit Fig. 2 im Detail beschrieben.
Wie durch den Pfeil 13 dargestellt, strömt die Luft durch die Durchströmungskammer 3 und wird dabei von den Ölpartikeln separiert. Diese strömen, wie durch den Pfeil 14 dargestellt, als Ölstrom aus dem Rotor. Die Luft verlässt nachfolgend, wie durch den Pfeil 15 dargestellt, den Rotor 2 und wird aus dem Gehäuse 1 abgeführt.
Die Fig. 2 zeigt in stark vereinfachter Darstellung den Aufbau des erfindungsgemäßen porösen Materials in der Durchströmungskammer 3. Das poröse Material 5 umfasst axial äußere Lagen eines porösen Metalls, beispielsweise Retimet. Wie die Fig. 2 zeigt, ist auch eine radial außen liegende Lage des porösen Metalls 6 vorgesehen. Das poröse Metall 6 bildet einen Zwischenraum, in welchem ein gitterartiges, mit Poren oder Öffnungen versehenes Zwischengehäuse 8 angeordnet ist. In diesem Zwischengehäuse 8 sind mehrere Lagen 7 angeordnet, die aus Fasermaterial bestehen bzw. Fasermaterial umfassen. Die Fasermaterialien können als Gaze, Gewebe oder Geflecht ausgestaltet sein.
Um die Lagen 7 aus Fasermaterial zu stützen und zu halten, sind mehrere axiale Abstandselemente 9 sowie gitterartige Stützelemente 10 vorgesehen.
Bei dem in den Fig. 3 und 4 gezeigten Ausführungsbeispiel sind gleiche Teile jeweils mit gleichen Bezugsziffern versehen wie bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 und 2.
Wie bei dem vorangegangenen Ausführungsbeispiel dreht sich der Rotor 2 um die Drehachse 11. Er umfasst eine Durchströmungskammer 3, welche mit porösem Metall 6 gefüllt ist. Der Durchströmungskammer 3 ist eine zweite Durchströmungskammer 16 nachgeordnet, welche mit dem als Stator wirkenden Gehäuse 1 verbunden ist. In der zweiten Durchströmungskammer 16 ist zumindest eine Fasermaterial umfassende Lage 7 angeordnet, welche analog zu dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 und 2 aufgebaut sein kann, insbesondere hinsichtlich der Abstandselemente und der Stützelemente.
Wie durch die Pfeile 14 dargestellt, ergibt sich eine Ölströmung 14, welche zum Abtransport der abgeschiedenen Ölpartikel beiträgt. Die Strömung der ölbelasteten Luft ist mit dem Pfeil 4 gekennzeichnet, während die gereinigte Luftströmung als Pfeil 15 dargestellt ist.
Die Teile des Rotors 2 können mittels einer Kerbverzahnung 17 verbunden sein.
Wie aus der Darstellung der Fig. 3 und 4 ersichtlich ist, ist die zweite Durchströmungskammer 16 mittels dreier Streben 19 mit dem Gehäuse verbunden, in denen jeweils mehrere Löcher 20 ausgebildet sind, um die Luftströmung nicht zu behindern. Am Bodenbereich sind mehrere Löcher 18 vorgesehen, um die Ölabfuhr zu verbessern.
Die Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt, vielmehr ergeben sich im Rahmen der Erfindung vielfältige Abwandlungs- und Modifikationsmöglichkeiten. Bezugszeichenliste 1 Gehäuse
2 Rotor
3 Durchströmungskammer
4 ölbelastete Luft
5 poröses Material
6 poröses Metall
7 Fasermaterial-Lage
8 Zwischengehäuse
9 Abstandselement
10 Stützelement
11 Drehachse
12 Einlass
13 Luftströmung
14 Ölstrom
15 Luftströmung
16 zweite Durchströmungskammer
17 Kerbverzahnung
18 Loch
19 Strebe
20 Loch

Claims

1. Ölseparator mit einem Gehäuse (1) und einem in diesem drehbar angeordneten Rotor (2), welcher eine Durchströmungskammer (3) aufweist, welche von mit Öl belasteter Luft (4) durchströmbar ist, wobei in der Durchströmungskammer (3) poröses Material angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass in der Durchströmungskammer (3) als poröses Material zumindest eine Einheit angeordnet ist, welche äußere Lagen aus einem porösen Metall (6) und eine zwischengelagerte, Fasermaterial umfassende Lage (7) umfasst.

2. Ölseparator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasermaterial umfassende Lage (7) an ihren axialen Seiten sowie an ihrer radial äußeren Seite von dem porösen Metall (6) umschlossen ist.

3. Ölseparator mit einem Gehäuse (1) und einem in diesem drehbar angeordneten Rotor (2), welcher eine Durchströmungskammer (3) aufweist, welche von mit Öl belasteter Luft (4) durchströmbar ist, wobei in der Durchströmungskammer (3) poröses Material angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass in der Durchströmungskammer (3) als poröses Material ein poröses Metall (6) angeordnet ist und dass der Durchströmungskammer (3) des Rotors (2) eine zweite Durchströmungskammer (16) nachgeordnet ist, welche mit dem Gehäuse (1) verbunden ist und in der eine Fasermaterial umfassende Lage (7) angeordnet ist.

4. Ölseparator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasermaterial umfassende Lage (7) in einem gitterartigen Zwischengehäuse (8) eingeschlossen ist.

5. Ölseparator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasermaterial umfassende Lage (7) zumindest ein axiales Abstandselement (9) umfasst.

6. Ölseparator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasermaterial umfassende Lage (7) zumindest ein radiales Stützelement (10) umfasst.

7. Ölseparator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement (10) in Form eines gazeartige Geflechts ausgebildet ist.